CN103742380A

CN103742380A - 一种低脉动的海水柱塞马达

Info

Publication number: CN103742380A
Application number: CN201410001486.0A
Authority: CN
Inventors: 聂松林; 杨立洁; 张锦标; 赵俊波; 张安庆
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-01-02
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2034-01-02

Abstract

一种低脉动的海水柱塞马达，属于液压运用技术领域，它包括：斜盘、偶数个滑靴和柱塞、缸体轴、配流盘、端盖、壳体、微型单向阀等。在配流盘上下止点、端盖上开设阻尼孔。在配流盘下止点阻尼孔与端盖阻尼孔之间安装微型单向阀。高压柱塞腔结束吸水过程进入上止点位置时，柱塞腔内高压水经由阻尼孔进入端盖阻尼孔，流入单向阀进口处，单向阀打开，将高压水经由下止点位置的阻尼孔进入低压柱塞腔，高压柱塞腔预降压，低压柱塞腔预升压。在二者压力综合的情况下，柱塞腔的预升压和预降压效果约等于轴向柱塞马达高压排油腰形槽和低压吸油腰形槽压力差的一半，柱塞马达过渡区压力冲击降低，马达输出转速、转矩脉动降低，稳定性提高。

Description

一种低脉动的海水柱塞马达

所属技术领域

本发明涉及水液压领域的液压元件，尤其涉及一种低脉动的海水柱塞马达。

背景技术

水液压传动技术使用过滤后的自然水（含海水和淡水）作为液压传动的工作介质实现动力传递，不含任何添加剂，具有来源广泛、环境友好、清洁安全的独特优势，已经成为当今国际流体传动及控制领域最新的发展方向之一。

海水柱塞马达是液压***的执行元件，其输出转矩、转速的波动直接影响着其驱动元件的运行稳定性。柱塞马达的配流结构直接决定了柱塞腔压力冲击，进而影响着输出转速、转矩的输出脉动。柱塞在缸孔中往复运动实现吸液和排液，如果柱塞腔在完成排液之后立即与吸液腰形槽接通，由于存在较大的压力差，流体从吸液腰形槽流入柱塞腔，产生较大的冲击，导致输出转速、转矩的不平稳。从吸液到排液转化时也存在同样的问题。因为柱塞腔在完成吸液和排液切换时，需要借助配流盘过渡区完成高低压转换，在转换过程中会存在压力正负超调，形成压力冲击。为了降低压力冲击，配流结构的设计和优化至关重要。

传统的轴向柱塞泵的配流结构主要是围绕配流盘过渡区进行优化设计，主要结构有阻尼槽，常见的阻尼槽形状为三角槽，也有U型槽、阶梯组合槽等，优化过渡区配流效果，降低柱塞腔压力冲击和输出脉动。然而，现有的配流结构对柱塞马达工作参数敏感，而且加工精度高，难度大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低脉动的海水柱塞马达结构，本发明不仅能够在较大的工作参数范围内降低海水柱塞马达的输出转速、转矩脉动，而且加工精度降低，容易实现，且能够提高总体效率。

本发明采用如下技术方案：

一种低脉动海水柱塞马达，它包括：由端盖3、壳体11组成的外壳；采用通轴式结构的缸体轴1，缸体轴1的前后颈分别由位于端盖2中心的前滑动轴承21和位于壳体内的后滑动轴承12支承；缸体轴1同一圆周上均布有与缸体轴线平行的缸孔，柱塞滑靴组件15中的柱塞置于缸孔内；缸体轴2一端装有浮动盘19，缸体轴1上的分布式弹簧7的一端将浮动盘19压在配流盘6上，弹簧7的另一端经顶杆8通过中心球铰9、回程盘10将每个柱塞滑靴组件15中的滑靴压在斜盘14上；配流盘6内分别设有吸液腰槽和排液腰槽，在端盖3上分别设有高压进水口和低压出水口，吸液腰槽一端与配流窗6周期性的连通，另一端与高压进水口连通，排液腰槽一端与配流窗周期性的连通，另一端与低压出水口相连通；在配流盘上下止点位置设有阻尼孔，下阻尼孔23与端盖上的阻尼孔之间安装有微型单向阀22。

所述缸体轴2内均布偶数个缸孔，缸孔内嵌工程塑料套，偶数个柱塞***缸孔中进行往复运动。

与配流盘吸液腰槽连通的柱塞腔内为高压，与排液腰槽连通的柱塞腔内为低压。高压柱塞腔结束吸水行程进入上止点位置时，柱塞腔内高压水经由配流盘上止点位置阻尼孔进入端盖阻尼孔，流入单向阀进口处，单向阀打开，将高压水经由下止点位置的阻尼孔进入低压柱塞腔，高压柱塞腔预降压，低压柱塞腔预升压。在二者压力综合的情况下，柱塞腔的预升压和预降压效果约等于轴向柱塞马达高压吸液腰形槽和低压排液腰形槽压力差的一半，柱塞马达流量脉动降低，压力冲击减弱；

由于存在偶数个柱塞，因此，当有柱塞进入上止点高压过渡区时，必有柱塞进入下止点低压过渡区。高压柱塞腔结束吸水行程进入上止点位置时，柱塞腔内高压水经由上阻尼孔进入端盖阻尼孔，流入微型单向阀进口处，单向阀打开，将上止点位置的高压水引入下止点位置的阻尼孔内，实现高压柱塞腔预降压，低压柱塞腔预升压。在二者压力综合的情况下，柱塞腔的预升压和预降压效果约等于轴向柱塞马达高压吸油腰形槽和低压排油腰形槽压力差的一半。

本发明具有的有益效果是：

具有偶数个柱塞结构的柱塞马达，在经过压力过渡区时，通过本发明的配流结构，经过上止点位置的高压柱塞腔高压水经由微型单向阀流入下止点处低压柱塞腔内。经由高低压之间连通，实现压力平均。由于压力平均配流结构承担了柱塞腔的部分压力过渡，单柱塞腔的流量峰值、压力峰值在过渡区都有了显著的降低，从而使整个柱塞马达的流量脉动减弱，过渡区的压差减小，降低了气穴发生的几率，且降低了整个柱塞马达的泄漏量。采用该配流结构的偶数个柱塞的海水马达，比相同参数的柱塞马达输出的转速、转矩的脉动大大降低，运动平稳性显著提高，且总效率也高于相同参数的柱塞马达。除此之外，由于该配流结构不必采用传统的在过渡区开设阻尼槽（孔），参数敏感度也大为降低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明降低脉动的配流原理示意图；

图3为本发明的配流结构原理图；

图4为本发明的配流部位微型单向阀放大图；

图中：1缸体轴；2机械密封；3端盖；4O型圈；5O型圈；6配流盘；7弹簧；8顶杆；9中心球铰；10回程盘；11外壳；12后滑动轴承；13定位环；14斜盘；15柱塞组件；16浮动套；17O型密封圈；18密封挡圈；19浮动盘；20支撑环；21前滑动轴承；22单向阀

具体实施方式

下面将结合附图对具体的实施方式作进一步的说明。

如图1所示，海水柱塞马达由缸体轴1、端盖3、配流盘6、回程盘10、壳体11、柱塞滑靴组件15和斜盘14等组成。机械密封2装在端盖与缸体轴1之间，起到端面密封的作用；缸体轴1由装在壳体11内孔中的后滑动轴承12和装在端盖3内部的前滑动轴承21支承，偶数个柱塞组件15***装在缸体轴1圆周均布的偶数个缸孔内，缸体轴1一端装有浮动盘19，内装浮动套16并通过安装在浮动套16上的O型圈17和密封挡圈18进行密封；缸体轴1上均布的分布式弹簧7的一端将浮动盘19压在配流盘6上，弹簧7的另一端经顶杆8经由中心球铰9、回程盘10将每个柱塞滑靴组件中的滑靴压紧斜盘14。

图2为低脉动海水柱塞马达的配流原理示意图，本发明的配流结构在上下止点开设阻尼孔。上止点位置的阻尼孔与微型单向阀22的进口相通，下止点位置的阻尼孔与微型单向阀22的出口相通。当过渡区位于上下止点的柱塞腔与阻尼孔相通时，由于上止点位置的柱塞腔压力高，下止点位置的柱塞腔压力低，在压力差的作用下，微型单向阀22打开，流体从高压柱塞腔经由上止点位置的阻尼孔进入微型单向阀22，进而流入下止点处的低压柱塞腔内，实现高低压柱塞腔内的压力平均，降低过渡区的压力差异，减小过渡时的压力冲击。

图3是配流结构图，图4是微型单向阀放大图。在配流盘6上止点开通上阻尼孔24，下止点开通阻尼孔23，上阻尼孔23通过端盖上的阻尼孔经由微型单向阀22与下阻尼孔连通。上阻尼孔24与高压柱塞腔相通，保证高压柱塞腔在脱离高压腰形槽与其连通后，将高压流体经由端盖内的阻尼孔进入微型单向阀22，再经由下阻尼孔23进入低压柱塞腔。

本发明的工作过程是：高压水通过端盖3上的进水孔流入与之连通的配流盘6上的吸液腰槽，再经由浮动盘19进入缸体轴2的缸孔孔中，使位于进水一侧的柱塞滑靴组件15中的柱塞在高压水的作用下外伸。斜盘14给柱塞滑靴组件15垂直于斜面的反作用力，该反作用力的水平分力与柱塞组件15水平方向的液压力相平衡，该反作用力的垂直分力使柱塞滑靴组件15产生对缸体轴2的扭矩。位于马达回水一侧的柱塞滑靴组件15被迫内缩，将缸体孔中的水经由配流盘6上的排水腰槽，从端盖3的出水孔排出。但由于进出水的压力不同，产生的对缸体轴2的扭矩不同，故在柱塞滑靴组件15对缸体轴2合力矩的作用下，缸体轴2带动柱塞滑靴组件15产生转动，向外输出转矩和转速。

当柱塞位于压力过渡区时，高压柱塞腔的液体经由配流盘6上的上阻尼孔23，端盖上的阻尼孔，推开微型单向阀22，进入配流盘上的下阻尼孔24，并流入低压柱塞腔。由于高低压之间的连通，实现了高压柱塞腔的预降压，低压柱塞腔的预升压，在二者压力综合的情况下，柱塞腔的预升压和预降压效果约等于轴向柱塞泵高压吸油腰形槽和低压排油腰形槽压力差的一半。

由于压力平均配流结构承担了柱塞腔的部分压力过渡，单柱塞腔的流量峰值、压力峰值在过渡区都有了显著的降低，从而使整个柱塞马达的流量脉动减弱，过渡区的压差减小，降低了气穴发生的几率，且降低了整个柱塞马达的泄漏量。采用该配流结构的偶数个柱塞的海水马达，比相同参数的柱塞马达输出的转速、转矩的脉动大大降低，运动平稳性显著提高，且总效率也高于相同参数的柱塞马达。除此之外，由于该配流结构不必采用传统的在过渡区开设阻尼槽（孔），参数敏感度也大为降低。

Claims

1.一种低脉动海水柱塞马达，其特征在于，它包括：由端盖（3）、壳体（11）组成的外壳；采用通轴式结构的缸体轴（1），缸体轴（1）的前后颈分别由位于端盖（2）中心的前滑动轴承（21）和位于壳体内的后滑动轴承（12）支承；缸体轴（1）同一圆周上均布有与缸体轴线平行的缸孔，柱塞滑靴组件（15）中的柱塞置于缸孔内；缸体轴（2）一端装有浮动盘（19），缸体轴（1）上的分布式弹簧（7）的一端将浮动盘（19）压在配流盘（6）上，弹簧（7）的另一端经顶杆（8）通过中心球铰（9）、回程盘（10）将每个柱塞滑靴组件（15）中的滑靴压在斜盘（14）上；配流盘（6）内分别设有吸液腰槽和排液腰槽，在端盖（3）上分别设有高压进水口和低压出水口，吸液腰槽一端与配流窗（6）周期性的连通，另一端与高压进水口连通，排液腰槽一端与配流窗周期性的连通，另一端与低压出水口相连通；在配流盘上下止点位置设有阻尼孔，下阻尼孔（23）与端盖上的阻尼孔之间安装有微型单向阀（22）；与配流盘（6）吸液腰槽连通的柱塞腔内为高压，与排液腰槽连通的柱塞腔内为低压；高压柱塞腔结束吸水行程进入上止点位置时，柱塞腔内高压水经由配流盘（6）上止点位置阻尼孔进入端盖阻尼孔，流入单向阀（22）进口处，单向阀打开，将高压水经由下止点位置的阻尼孔进入低压柱塞腔，高压柱塞腔预降压，低压柱塞腔预升压。

2.根据权利要求1所述一种低脉动海水柱塞马达，其特征在于，所述缸体轴（2）内均布偶数个缸孔，缸孔内嵌工程塑料套，偶数个柱塞***缸孔中进行往复运动。